Comment fonctionne un système de refroidissement de générateur ?

Les systèmes de refroidissement des générateurs éliminent la chaleur produite pendant le fonctionnement pour protéger l'isolation des enroulements, les roulements, les turbocompresseurs et les composants du moteur. Le principe de fonctionnement varie selon le type de générateur : petits groupes électrogènes de secours diesel/gaz, générateurs marins et grands turbogénérateurs refroidis à l'hydrogène-(centrales thermiques/nucléaires).

 

1. Système de refroidissement pour générateurs de secours diesel/gaz naturel (le plus courant)
Sources de chaleur principales
Chaleur de combustion à l’intérieur des cylindres du moteur

Chaleur de friction du vilebrequin et des roulements

Air comprimé chaud du turbocompresseur

Chaleur provenant des enroulements du stator et du rotor du générateur

Cycle de travail complet
Boucle d'eau de chemise (refroidissement principal du moteur) Une pompe à eau fait circuler un mélange de liquide de refroidissement glycolé à travers les chemises de cylindre du moteur, les culasses et les collecteurs d'échappement. Le liquide de refroidissement absorbe la chaleur de combustion et s'écoule vers le radiateur/refroidisseur d'air à distance. L'air ambiant souffle à travers des tubes à ailettes pour dissiper la chaleur, puis le liquide refroidi retourne au moteur.

Refroidissement de l'air de suralimentation (refroidisseur intermédiaire/refroidisseur final) L'air comprimé chaud provenant du turbocompresseur passe à travers un refroidisseur d'air de suralimentation à coque-et-à tubes. L'eau de refroidissement à l'intérieur des tubes abaisse la température de l'air d'admission, augmentant ainsi la densité de l'air pour augmenter la puissance et réduire les émissions de NOx.

Refroidissement de l'huile lubrifiante L'huile lubrifiante chaude transportant la chaleur de friction des roulements s'écoule dans un refroidisseur d'huile. Le liquide de refroidissement ou l'air ambiant refroidit l'huile avant qu'elle ne recircule pour lubrifier les pièces mobiles.

Refroidissement par air à l'extrémité du générateur Un ventilateur intégré-fait circuler l'air à l'intérieur du boîtier du générateur pour transporter la chaleur du bobinage vers un refroidisseur d'air externe, empêchant ainsi la surchauffe de l'isolation.

Deux options de mise en page
Radiateur compact : Monté directement sur le moteur avec des ventilateurs axiaux.

Refroidisseur sec à distance : échangeur de chaleur refroidi par air séparé-pour les salles des machines intérieures sans alimentation en eau de refroidissement.

 

2. Système de refroidissement du générateur marin (unités principales et auxiliaires du navire)
Conception à double-circuit pour éviter tout contact direct de l'eau de mer avec les pièces métalliques du moteur :

Boucle intérieure d'eau douce fermée L'eau douce glycolée circule dans le moteur, le refroidisseur d'air de suralimentation et le refroidisseur d'huile pour absorber la chaleur.

La pompe à eau de mer à boucle extérieure d'eau de mer aspire l'eau de mer dans le côté de la coque du refroidisseur final/intercooler marin, transférant la chaleur de la boucle d'eau douce et évacuant l'eau de mer chaude par-dessus bord.

Les faisceaux de tubes CuNi sont utilisés pour résister à la corrosion due au sel de l'eau de mer et à l'encrassement des organismes marins.

 

3. Grand turbogénérateur refroidi à l'hydrogène- (centrales thermiques/nucléaires de 200 MW à 1 000 MW)
L'hydrogène a une efficacité de transfert de chaleur bien supérieure à celle de l'air, utilisé pour les générateurs-de grande capacité.

Principe de fonctionnement
L'hydrogène chaud circule à l'intérieur du châssis du générateur, absorbant la chaleur massive des enroulements du stator, du rotor et du noyau de fer.

L'hydrogène chaud circule à travers le refroidisseur de surface à hydrogène à tube à ailettes. L'eau de refroidissement coule à l'intérieur des tubes en cuivre/CuNi et évacue la chaleur de l'hydrogène.

L'hydrogène frais et dense retourne dans le générateur dans un cycle fermé pour contrôler en permanence la température interne.

Prise en charge des boucles de refroidissement auxiliaires
Système de refroidissement par eau du stator : les bobines creuses du stator utilisent de l'eau désionisée ultra-pure pour refroidir directement les enroulements ; une unité de refroidissement par eau du stator élimine la chaleur de la boucle d'eau DI.

Refroidisseur d'huile de joint : refroidit l'huile d'étanchéité côté hydrogène-pour maintenir une viscosité appropriée, formant une barrière d'huile pour arrêter les fuites d'hydrogène le long de l'arbre du générateur.

Boucle d'eau de refroidissement secondaire : transfère la chaleur perdue des refroidisseurs d'hydrogène et des refroidisseurs d'huile de phoque au système d'eau de circulation de l'usine.

4. Refroidissement auxiliaire du moteur du compresseur d'air des instruments
Pour les compresseurs d'air prenant en charge les systèmes de contrôle du générateur : l'air en circulation interne à l'intérieur du moteur absorbe la chaleur du bobinage, puis passe à travers un refroidisseur d'air à tube à ailettes. L'eau de refroidissement à l'intérieur des tubes refroidit l'air, qui est recyclé vers le moteur pour éviter une surchauffe de l'alimentation en air de l'instrument.

Objectif principal général de tous les systèmes de refroidissement de générateur
Maintenez l'isolation des enroulements dans des limites de température sûres pour prolonger la durée de vie et éviter les pannes.

Stabilise la viscosité de l'huile moteur et empêche la carbonisation de l'huile.

Améliorer l'efficacité de la combustion et réduire les polluants d'échappement.

Éliminez les points chauds qui provoquent la fatigue du métal, la fissuration des tubes ou les fuites d'hydrogène.

Permettez un fonctionnement continu à pleine charge-à long terme-pour les générateurs de secours, marins et de centrale électrique.